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LABORATORIO DE FISICA III

PRACTICA 2 ELECTROSTATICA Y CAPACITORES

Objetivo. Experimentar las relaciones entre carga y voltaje as como conocer las propiedades bsicas de los capacitores. Material a utilizar.

Proporcionado en el almacn 1 Conector de electrmetro para jaula de Faraday 1 Conector de electrmetro para capacitor de placas paralelas 1 Capacitor de placas paralelas ES 9043 3 Transportadores de carga ES 9057 1 Esfera conductora de 13 cm de dimetro ES 9059A 1 Electrmetro Pasco ES 9054B 1 Fuente de poder ES 9049A 1 Cartulina blanca de 23 x 22 cm 1 Conector banana zapata 1 Jaula de Faraday ES 9042A PREREPORTE. I. (3 puntos) Calcule la fuerza resultante sobre la carga q3.

II. (2 puntos) Se tiene un campo elctrico dado por kjiE 212 +=r y se coloca una partcula en ji 23 + con

una carga CQ 5= . Calcule la magnitud y la direccin de la fuerza producida sobre la partcula debido a este campo. III. (3 puntos) Dos esferas pequeas e idnticas de masa m y carga q estn suspendidas como lo muestra la figura. Encuentra el ngulo que las cuerdas forman con la vertical una vez logrado el equilibrio. Sugerencia: considere pequeo.

IV. (2 puntos) Para que sirve un electrmetro? V. (2 puntos) Qu es un dipolo elctrico? VI. (2 puntos) Describa como funciona un generador Van de Graaff. VII. (2 puntos) Explique brevemente una aplicacin de la electrosttica. VIII. (2 puntos) En qu consisti el experimento de la gota de aceite de Millikan? IX. (2 puntos) Cundo se dice que un cuerpo est elctricamente cargado? X. (2 puntos) Qu es un dielctrico? XI. (3 puntos) Un capacitor de placas paralelas en el vaco tiene una separacin entre placas de 5 mm y su rea es de 2 m2. Calcule su capacitancia. Cercirate que todos los aparatos estn apagados antes de iniciar la prctica. Pon atencin al instructor para conocer el funcionamiento bsico de los aparatos elctricos, tambin observa todas las recomendaciones que el instructor les proporcionar para el buen manejo de los aparatos. Ejercicio 1. 1. Conecta el electrmetro a la jaula de Faraday como lo muestra la figura usando el conector de electrmetro para jaula de Faraday.

Selecciona en el electrmetro la escala de 10 V. Enciende el electrmetro. Frota los productores de carga (azul y blanco) e introduce uno de ellos en el cilindro interno de la jaula de Faraday evitando que toque sus paredes como lo muestra la siguiente figura.

a. Anota la lectura del electrmetro.

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b. Retira el productor de carga y anota nuevamente la lectura del electrmetro.

c. (4 puntos) Explica el fenmeno que acabas de observar. Sugerencia: recuerda la Ley de Gauss. 2. Ahora frota nuevamente los productores de carga e inserta el mismo productor de carga dentro de la jaula. Toca la pared interna de la jaula con el productor y retralo. Procura que el productor no toque ningn material cuando lo hayas retirado hasta que llegues al inciso c. a. (1 punto) Anota la lectura del electrmetro. b. (2 puntos) Explica porque se mantiene un voltaje en el electrmetro. c. (2 puntos) Descarga el electrmetro (presionando el botn inferior derecho) y vuelve a introducir el mismo productor de carga. Qu valor indica el electrmetro? Por qu? d. (3 puntos) Qued alguna carga en el productor de carga despus de tocar la jaula? Explica tus razones.

3. (3 puntos) Descarga los productores de carga (esto lo logras tocando la parte posterior de ellos a la parte externa de la jaula). Frota los productores de carga y con la ayuda del electrmetro y la jaula de Faraday, determina la magnitud y polaridad de sus cargas. Considera que la jaula tiene una capacitancia aproximada de 205 pF. Muestra tu procedimiento.

Q blanco = Coulombs.

Q negro = Coulombs.

4. Descarga los productores de carga. Inserta ambos dentro de la jaula y frtalos cuidando no hacer tocar los productores con las paredes de la jaula. a. (1 punto) Sin retirar los productores de carga, anota la lectura obtenida del electrmetro.

b. (1 punto) Retira uno de ellos y anota la lectura del electrmetro.

c. (1 punto) Introduce el otro productor de carga y retira el que est dentro de la jaula y anota la lectura obtenida.

d. (2 puntos) Explica cada una de las lecturas obtenidas. Ejercicio 2. 5. Para el uso del transportador de carga (paleta negra) el diagrama inferior indica las maneras correcta e incorrecta de tocar una superficie. La manera incorrecta, explica el manual, no hace un buen muestreo de la distribucin de carga y adems distorsiona la carga en la superficie.

6. Apaga el electrmetro y desconctalo de la jaula de Faraday. Ahora usa el conector de electrmetro para capacitor de placas paralelas y conctalo al capacitor para placas paralelas como se muestra en la figura. Separa las placas del capacitor 2 mm.

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Conecta la esfera conductora a la fuente de poder como lo muestra la figura. Separa aproximadamente un metro la esfera conductora del capacitor y del electrmetro de manera que no afecte en las mediciones.

Enciende la fuente de poder a 1000 V. Enciende el electrmetro, ste debe tener una lectura inicial de 0 V, de no ser as presiona el botn de descarga del electrmetro. La esfera conductora que est conectada a la fuente, proporciona carga. Para transferir esta carga al capacitor use el transportador de carga (paleta negra) usando las recomendaciones del punto 5. Despus une la paleta al capacitor como se muestra en la siguiente figura.

a. (1 punto) Al momento que se toca la placa del capacitor, se registra un voltaje en el electrmetro. Si es necesario, cambia la escala del voltaje. Cul fue ese voltaje?

b. (2 puntos) Repite la transferencia de carga 4 veces y regstralas en la tabla siguiente. Asegrate de descargar el electrmetro cada vez que vayas hacer una medicin. Trata de hacer las transferencias de la misma manera cada vez.

# de medicin Voltaje 2 3 4 5

c. (1 punto) Anota el promedio de las 5 lecturas.

7. (3 puntos) Separa lentamente las placas a 10 mm, repite la transferencia de carga 5 veces ms y anota el promedio de las lecturas.

# de medicin Voltaje

1 2 3 4 5

Promedio

8. (3 puntos) Notars que si hiciste bien las mediciones, en promedio el voltaje aument. Por qu? Explica detalladamente. 9. (3 puntos) Calcula la capacitancia de las placas paralelas. Considera que cada placa tiene un dimetro de 20 cm, 0= 8.85 x 10-12 C2/Nm2 y que la constante dielctrica es aproximadamente igual a 1 para el aire. Muestra tu procedimiento. Ejercicio 3. 10. (2 puntos) Introduce el material dielctrico entre las placas sin dejar espacios como se muestra a continuacin. Repita la transferencia de carga 5 veces y obtenga el resultado promedio.

# de medicin Voltaje 1 2 3 4 5

Promedio

11. (2 puntos) Notars que hubo una variacin de voltaje con respecto al obtenido en la parte 6 a pesar de que la separacin entre las placas fue casi igual. Por qu?

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12. (3 puntos) La constante dielctrica de este material es mayor o menor que la del aire? Por qu?